(57)【要約】  本発明は、第１の構造物に結合されるように設計されている第１のセグメント（１０ａ）と、第２の構造物に結合されるように設計されている第２のセグメント（１０ｂ）と、前記第１のセグメント（１０ａ）および前記第２のセグメント（１０ｂ）のそれぞれの端部を連結し、したがって、第１および第２の構造物を互いに関して保持する、はんだ継手（１１）であって、前記はんだ継手（１１）は、電磁加熱可能であり、所定の溶融温度を有するはんだ合金を含む、はんだ継手（１１）と、を備えるセグメント分割された構造的要素（１０）を備える解放システム（１、２、３、４、５）に関する。解放システム（１、２、３、４、５）は、解放指令を受け取ったときに、はんだ継手をはんだ合金の所定の溶融温度まで加熱させ、それによってはんだ合金を溶融させるようにはんだ継手（１１）を通る時間的に変動する磁界を発生するように構成されている磁界発生手段（１３、ＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３、ＰＷ４、ＰＷ５）をさらに備え、それによって、第１のセグメント（１０ａ）および第２のセグメント（１０ｂ）の分離が引き起こされ、それにより、第１の構造物および第２の構造物の互いからの解放を可能にすることを特徴とする。
2019509895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
・  第１の構造物に結合されるように設計されている第１のセグメント（１０ａ）と、
・  第２の構造物に結合されるように設計されている第２のセグメント（１０ｂ）と、
・  前記第１のセグメント（１０ａ）および前記第２のセグメント（１０ｂ）のそれぞれの端部を連結し、したがって、前記第１の構造物および前記第２の構造物を互いに関して保持する、はんだ継手（１１）であって、前記はんだ継手（１１）は、電磁加熱可能であり、所定の溶融温度を有するはんだ合金を含む、はんだ継手（１１）と、
を備えるセグメント分割された構造的要素（１０）を備える解放システム（１、２、３、４、５）であって、
前記解放システム（１、２、３、４、５）は解放指令を受け取ったときに、前記はんだ継手（１１）を前記はんだ合金の前記所定の溶融温度まで加熱させ、それによって前記はんだ合金を溶融させるように前記はんだ継手（１１）を通る時間的に変動する磁界を発生するように構成されている磁界発生手段（１３、ＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３、ＰＷ４、ＰＷ５、ＰＷ５ａ、ＰＷ５ｂ、ＰＷ５ｃ）をさらに備え、それによって、前記第１のセグメント（１０ａ）および前記第２のセグメント（１０ｂ）の分離が引き起こされ、それにより、前記第１の構造物および前記第２の構造物の互いからの解放を可能にすることを特徴とする解放システム（１、２、３、４、５）。
【請求項２】
前記はんだ合金は、共晶合金である、請求項１に記載の解放システム。
【請求項３】
前記はんだ合金は、電磁加熱可能であり、前記はんだ継手（１１）は前記はんだ合金から作られ、前記磁界発生手段（１３、ＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３、ＰＷ４、ＰＷ５）は、前記はんだ合金内に渦電流を誘導するように前記はんだ継手（１１）を通る時間的に変動する磁界を発生し、それによって、前記はんだ継手（１１）の前記所定の溶融温度までの加熱を引き起こすように構成される、請求項１または２に記載の解放システム。
【請求項４】
前記はんだ継手（１１）は、金属をさらに含み、前記磁界発生手段（１３、ＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３、ＰＷ４、ＰＷ５）は、前記金属内に渦電流を誘導するように前記はんだ継手（１１）を通る時間的に変動する磁界を発生し、それによって、前記金属の加熱を引き起こすように構成され、それによって、前記金属の前記加熱が前記はんだ合金をその所定の溶融温度まで加熱させる、請求項１または２に記載の解放システム。
【請求項５】
前記はんだ継手（１１）は、
・  前記はんだ合金から作られた２つの層と、
・  前記金属から作られ、前記はんだ合金から作られた前記２つの層の間に介在される層と、
を備える、請求項４に記載の解放システム。
【請求項６】
前記金属は、銅である、請求項４または５に記載の解放システム。
【請求項７】
前記はんだ合金は、金または銀合金である、請求項１から６のいずれか一項に記載の解放システム。
【請求項８】
前記所定の溶融温度は、２００℃と４００℃の間にある、請求項１から７のいずれか一項に記載の解放システム。
【請求項９】
前記はんだ合金は、１００ＭＰａより高い機械的強度を特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の解放システム。
【請求項１０】
前記セグメント分割された構造的要素（１０）は、主に縦軸に沿って延在し、前記はんだ継手（１１）は、前記縦軸に直交する実質的に均一な断面サイズと、前記断面サイズより小さい前記縦軸に沿った厚さとを有し、前記磁界発生手段（１３、ＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３、ＰＷ４、ＰＷ５）は、前記縦軸に実質的に平行に前記はんだ継手（１１）を貫通する時間的に変動する磁界を発生するように設計される、請求項１から９のいずれか一項に記載の解放システム。
【請求項１１】
前記セグメント分割された構造的要素（１０）は、軟磁性合金から作られる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の解放システム。
【請求項１２】
前記軟磁性合金は、純鉄を含むか、またはケイ素鉄もしくはコバルト鉄合金である、請求項１１に記載の解放システム。
【請求項１３】
前記セグメント分割された構造的要素（１０）を収納する軟磁性ケーシング（１２）をさらに備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の解放システム。
【請求項１４】
前記軟磁性ケーシング（１２）は、純鉄を含むか、またはケイ素鉄もしくはコバルト鉄合金である、軟磁性合金から作られる、請求項１３に記載の解放システム。
【請求項１５】
前記磁界発生手段は、それによって供給されるべき交流発電機に接続されているコイル（１３、ＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３、ＰＷ４、ＰＷ５）を含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載の解放システム。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の解放システム（１、２、３、４、５）を装備する宇宙システム。
【請求項１７】
前記宇宙システムは、展開可能な付加物または装置を備える衛星もしくは宇宙船であり、前記解放システム（１、２、３、４、５）の前記セグメント分割された構造的要素（１０）の前記第１のセグメント（１０ａ）および前記第２のセグメント（１０ｂ）は、それぞれ、前記衛星／宇宙船および前記展開可能な付加物／装置に結合される、請求項１６に記載の宇宙システム。
【請求項１８】
前記宇宙システムは、衛星もしくは宇宙船を運ぶように設計されている打ち上げ機であり、前記解放システム（１、２、３、４、５）の前記セグメント分割された構造的要素（１０）の前記第１のセグメント（１０ａ）および前記第２のセグメント（１０ｂ）は、それぞれ、前記打ち上げ機および前記衛星／宇宙船に結合される、請求項１６に記載の宇宙システム。
【請求項１９】
前記宇宙システムは、衛星もしくは宇宙船または地球の大気圏内に再突入する前または再突入しているときに破砕するように設計されている打ち上げ機であり、前記解放システム（１、２、３、４、５）の前記セグメント分割された構造的要素（１０）の前記第１のセグメント（１０ａ）および前記第２のセグメント（１０ｂ）は、それぞれ、前記衛星／宇宙船／打ち上げ機の第１のコンポーネント／装置および第２のコンポーネント／装置に結合される、請求項１６に記載の宇宙システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空宇宙用保持解放機構(Hold-down and Release Mechanism)（ＨＲＭ）に有利に利用できるが、それに限定されることのない、非爆発式解放アクチュエータ(non-explosive release actuator)に関する。さらに、本発明は、寿命末期の宇宙システムの破砕(fragmentation)のため、および打ち上げ機（またはランチャー）からの宇宙システムの解放にも有利に活用され得る。
【背景技術】
【０００２】
知られているように、宇宙システム（衛星および宇宙船など）は、典型的には、展開可能な付加物（アンテナ、ソーラアレイ、ブーム、支持材、計測器など）を有し、これら付加物は、利用可能なランチャー容積内に収まり、打ち上げ機械環境に耐え抜くように打ち上げに備えて詰め込まれた状態に保持され、その後、軌道に乗ってから解放され展開されて稼動する。
【０００３】
これらの機能を達成するために、保持解放機構（ＨＲＭ）が一般に使用され、これら保持解放機構は、打ち上げ時に宇宙システムの展開可能な付加物を安全にそして強く接続し、保持し、特に宇宙システムが軌道に乗って大気圏外の所定の位置に到達したときに、指令信号の受信後に前記展開可能な付加物を解放する。
【０００４】
現在、最も広範に使用されているＨＲＭは、パイロカッター(pyro-cutter)、パイロテクニックナット(pyrotechnic nut)、パイロテクニックボルト／ワイヤ／ケーブルカッターなどのパイロテクニクスに基づいており、たとえば、航空宇宙産業で現在使用されているＨＲＭのうちのいくつかでは、パイロカッターを利用して予荷重がかけられているタイロッドを切断する。
【０００５】
広く知られているように、パイロテクニックＨＲＭは、その莫大な伝統と高い信頼性とがあるにもかかわらず、重大な欠点を抱えている。特に、パイロテクニックＨＲＭは、細心の注意を要する機器の完全性を損なうおそれが非常に高い衝撃を発生する。この衝撃問題は、ＨＲＭレベルの専用設計によって軽減され得るが、それでもなお、パイロテクニックＨＲＭは、依然として、有害な衝撃を発生し得る。さらに、この衝撃問題を（さらに）軽減することを試みるために、関連する電子ユニットは一般的に過剰試験され、それによって結果として非常に費用のかかる試験的活動がもたらされる。しかしながら、この過剰試験にもかかわらず、ユニットの故障は、依然として、きわめて再発性が高い。それに加えて、パイロテクニックＨＲＭの操作、保管および運用は、本質的に危険であり得る。
【０００６】
航空宇宙産業における最新の傾向は、小型、軽量、高複合性、多目的であるという点で優れ、高感度のオンボード器具を備える、宇宙システム、特に衛星に向かっている。これらの要因のすべてが組み合わさって、ＨＲＭによって発生する衝撃を大幅に低減し、したがって、非爆発式ＨＲＭを使用する必要性が生じる。それに加えて、パイロテクニックシステムから遠ざかる傾向は、パイロテクニックＨＲＭの使用が現在関わっている安全関連のコストの回避により実質的なコスト節減が達成され得るという事実によっても拡大しつつある。これに関連して、欧州連合の「Ｈｏｒｉｚｏｎ  ２０２０」研究および革新的開発プログラムの文脈において、欧州委員会（ＥＣ）、欧州宇宙機関（ＥＳＡ）、および欧州防衛機関（ＥＤＡ）は、パイロテクニックによるものに完全に取って代わることを意図されている非爆発式保持解放アクチュエータの必要性も含む、欧州の戦略的な非依存のための基幹宇宙技術に対する急を要する活動のリストを作成していることを指摘することも価値がある。特に、前記非爆発式保持解放アクチュエータは、どのようなパイロテクニックアクチュエータによっても遂行され得ない超低衝撃要件（＜３００ｇ）を満たし、要求が非常に厳しい引締張力および温度範囲（それぞれ、［０Ｎ，１５０ｋＮ］および［−１３０℃，＋１５０℃］）をカバーし、競争力のある価格を有するものとする。
【０００７】
したがって、多くの徹底的な調査が、ＨＲＭ用の非爆発式アクチュエータを開発するために実行されており、これらは
・  形状記憶合金（ＳＭＡ）の使用に基づくアクチュエータであって、前記ＳＭＡはその遷移温度に到達したときにその幾何学的形状（長さ、角度など）を変化させ、それによって、（たとえば、連結ボルトを壊すことによって、または締め具もしくは固定具などを解放するために連結を維持する要素の幾何学的形状を変化させることによって）機械継手の解放を作動させる、アクチュエータと、
・  ヒューズ線の使用に基づくアクチュエータ（分離／分割スプールデバイス）であって、前記ヒューズ線は、
−  機械要素を予荷重状態に保ち（引張部材を締める係止部材として働くヒューズ線など、予荷重がかけられたコイルスプリングなど、分割スプールを離れないようにすること）、
−  必要ならば、溶融または自己破壊するように加熱され、それによって解放機構を始動する（たとえば、ヒューズ線は、溶融または自己破壊したときに、予荷重がかかっているコイルスプリングを解放し、それに連続して、分割スプールを解放する）、アクチュエータなどである。
【０００８】
非爆発式ＳＭＡベースのＨＲＭの一例は、非特許文献１に載っている。特に、この論文は、ＳＭＡのワイヤによって始動され得るラッチでクランプされている、予荷重がかけられている機構によって適所に保たれるセグメントナットに基づく機構を開示している。
【０００９】
非爆発式ＳＭＡベースのＨＲＭのさらなる例は、非特許文献２に載っている。特に、この論文は、約７０Ｎの力で引っ張ることができるＳＭＡ繊維によって始動されるＨＲＭを開示している。ＨＲＭは、高い外力（たとえば、３５ＫＮの予荷重および５００Ｎのピンストローク力(pin stroke force)を取り扱うので、これらの負荷の分解は、完全な始動動作を実行するために必要である。詳しく言うと、前記論文で提案されている機構は、主に、
・  稼動させるためにＳＭＡワイヤによって引っ張られる、クラウンと呼ばれる始動部分と、
・  機械的インターフェース（ピンまたはロッドおよびナット）を支持する球体と、
・  外力をＳＭＡが取り扱うことができる力に分解するための球体と、
からなる。
【００１０】
その代わりに、ヒューズ線の使用に基づく非爆発式ＨＲＭの一例は、特許文献１に掲載されており、特許文献１は、
・  １つまたは複数の拘束解放アームを備える拘束解放機構と、
・  拘束解放アームに解放可能に固定されているバネ式拘束テープによって分離するのを抑制されている複数のセグメントを有するセグメント分割されたスプールを備える冗長解放デバイスと、
・  冗長解放デバイスに結合されている冗長ヒューズ線アセンブリであって、
−  一次正接点と、
−  冗長正接点と、
−  共通負接点と、
−  一次正接点と冗長正接点および拘束解放アームの周りに巻き付いている共通負接点との間に接続される一次ヒューズ線と、
−  冗長正接点と一次正接点および拘束解放アームの周りに巻き付いている共通負接点との間に接続される冗長ヒューズ線と、
を備える冗長ヒューズ線アセンブリと、
・  ヒューズ線を加熱し、切断するための冗長ヒューズ線アセンブリに結合されている電源と、
を具備する装置を開示している。
【００１１】
ＳＭＡベースのＨＲＭには、締め付け張力と温度に対する重大な制限があるが、ヒューズ線の使用に基づく分割スプールデバイスは厳しい輸出管理の制限を受ける。
【００１２】
さらに、前記技術は両方とも、関連する保持解放システムの機械的複雑さによる信頼性の問題を抱えている。
【００１３】
それに加えて、特許文献２は、ランチャーの段を分離するのに適している、接続板を備える、２つの要素を接続し、分離するための方法およびデバイスに関係する。特に、特許文献２による方法およびデバイスは、互いに取り付けられた２つの要素の直線的分離を、これらの２つの要素の２つのそれぞれの接続面を通じて可能にする。接続層が、両方の接続部分の間に置かれる。この接続層を溶かすためにテルミットが使用される。テルミットは、第１の要素の方へ第１の接続部分の他方の側に置かれ、熱保護板を付けてこのアセンブリは完成する。テルミットは、接続層と直接接触するように第２の接続板の接続面上に設けられている溝内に置かれてもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０２９３２９４号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１５／０１４９４３号パンフレット
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Vazquez J.およびBueno I.の論文、名称「Non explosive low shock reusable 20kN hold-down release actuator」(Proceedings of the 9th European Space Mechanisms and Tribology Symposium、2001年9月19~21日、Liege、Belgium - ESA SP-480、131~135頁、2001年9月)
【非特許文献２】Nava N.らの論文、名称「A novel hold-down and release mechanism for non-explosive actuators based on SMA technology」(Proceedings of the 16th European Space Mechanisms and Tribology Symposium、2015年9月23~25日、Bilbao、Spain - ESA SP-737、2015年9月)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、
・  前述の関連する欠点を回避するようにＳＭＡおよびヒューズ線の使用に基づくものの代替であり、
・  より効率的で、信頼性がより高くなるように特許文献２によるものの代替であり、
・  前述の超低衝撃要件（すなわち、＜３００ｇ）を満たし、引締張力および温度の前述の要求が非常に厳しい範囲（すなわち、それぞれ、［０Ｎ，１５０ｋＮ］および［−１３０℃，＋１５０℃］）をカバーし、競争力のある価格を有するような、非爆発式ＨＲＭを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この目的および他の目的は、添付の請求項で定義されているように、解放システムに関係している本発明によって達成される。
【００１８】
特に、本発明による解放システムは、
・  第１の構造物に結合されるように設計されている第１のセグメントと、
・  第２の構造物に結合されるように設計されている第２のセグメントと、
・  前記第１のセグメントおよび第２のセグメントのそれぞれの端部を連結し、したがって、第１の構造物および第２の構造物を互いに関して保持する、はんだ継手であって、前記はんだ継手は、電磁加熱可能であり、所定の溶融温度を有するはんだ合金を含む、はんだ継手と、を備える、セグメント分割された構造的要素を備える。
【００１９】
本発明による解放システムは、解放指令を受け取ったときに、前記はんだ継手をはんだ合金の所定の溶融温度まで加熱させ、それによって前記はんだ合金を溶融させるようにはんだ継手を通る時間的に変動する磁界を発生するように構成されている磁界発生手段をさらに備え、それによって、第１のセグメントおよび第２のセグメントの分離が引き起こされ、それにより、第１の構造物および第２の構造物の互いからの解放を可能にする、ことを特徴とする。
【００２０】
そこで、本発明をさらによく理解できるように、純粋に非限定的な例を用いることで意図されている好ましい実施形態は、添付図面（すべてが縮尺通りとは限らない）を参照しつつ説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の好ましい実施形態による解放システムを示す図である。
【図２】本発明の第１の好ましい実施形態による解放システムを示す図である。
【図３】本発明の第１の好ましい実施形態による解放システムを示す図である。
【図４】本発明の第１の好ましい実施形態による解放システムを示す図である。
【図５】本発明の第１の好ましい実施形態による解放システムを示す図である。
【図６】衛星の展開可能なアンテナ用の保持解放機構における本発明の前記第１の好ましい実施形態による解放システムの使用の例を示す図である。
【図７】衛星の展開可能なアンテナ用の保持解放機構における本発明の前記第１の好ましい実施形態による解放システムの使用の例を示す図である。
【図８】衛星の展開可能なアンテナ用の保持解放機構における本発明の前記第１の好ましい実施形態による解放システムの使用の例を示す図である。
【図９】本発明のさらなる好ましい実施形態を示す図である。
【図１０】本発明のさらなる好ましい実施形態を示す図である。
【図１１】本発明のさらなる好ましい実施形態を示す図である。
【図１２】本発明のさらなる好ましい実施形態を示す図である。
【図１３】本発明のさらなる好ましい実施形態を示す図である。
【図１４】本発明のさらなる好ましい実施形態を示す図である。
【図１５】本発明のさらなる好ましい実施形態を示す図である。
【図１６】本発明のさらなる好ましい実施形態を示す図である。
【図１７】標準的なパイロカッターのコストと本発明による解放システムのコストとの比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下の説明は、当業者が本発明を作り出し、使用することができるようにするために提示されている。実施形態の様々な修正形態は、特許請求の範囲に記載されているような本発明の範囲から逸脱することなく、当業者には容易に明らかであろう。したがって、本発明は、図示され説明されている実施形態に限定されることを意図されておらず、本明細書で開示され、添付の特許請求の範囲で定義されている原理および特徴と一致する最も広い範囲を適用されるべきである。
【００２３】
本発明は、
・  第１の構造物（都合よくは、衛星または宇宙船）に結合されるように設計されている第１のセグメントと、
・  第２の構造物（都合よくは、前記衛星／宇宙船の展開可能な付加物または装置）に結合されるように設計されている第２のセグメントと、
・  前記第１のセグメントおよび第２のセグメントのそれぞれの端部を連結し、したがって、第１の構造物および第２の構造物を互いに関してしっかりと保持する、はんだ継手であって、前記はんだ継手は、電磁加熱可能であり、所定の溶融温度を有するはんだ合金（好ましくは、共晶合金）を含む、はんだ継手と、
を備える、（たとえば、セグメント分割されたタイロッドの形態の）セグメント分割された構造的要素を含む非爆発式解放システムに関する。
【００２４】
さらに、非爆発式解放システムは、解放指令を受け取ったときに、はんだ継手をはんだ合金の所定の溶融温度まで加熱させ、それによって前記はんだ合金を溶融させるようにはんだ継手を通る時間的に変動する磁界を発生するように構成されている磁界発生手段をさらに備え、それによって、第１のセグメントおよび第２のセグメントの分離が引き起こされ、それにより、第１の構造物および第２の構造物の互いからの解放を可能にする。
【００２５】
都合よくは、はんだ合金は、金または銀合金である。
【００２６】
好ましくは、はんだ合金の所定の溶融温度は、２００℃から４００℃までの間にあり、前記はんだ合金は、１００ＭＰａより高い機械的強度を特徴とする。
【００２７】
好ましくは、はんだ合金は電磁加熱可能であり、はんだ継手は前記はんだ合金から作られ、磁界発生手段は、前記はんだ合金内に（ファラデーの電磁誘導の法則に従って）渦電流を誘導するようにはんだ継手を通る時間的に変動する磁界を発生し、それによって、前記所定の溶融温度までのはんだ合金の加熱を引き起こすように構成される。
【００２８】
代替的に、はんだ継手は、金属（好ましくは銅）をさらに含み、磁界発生手段は、前記金属内に（ファラデーの電磁誘導の法則に従って）渦電流を誘導するようにはんだ継手を通る時間的に変動する磁界を発生し、それによってはんだ継手の加熱を引き起こすように構成され、それによって、前記金属の加熱がはんだ合金を所定の溶融温度まで加熱させる。都合よくは、はんだ継手は、
・  はんだ合金から作られた２つの層と、
・  前記金属から作られ、はんだ合金から作られた前記２つの層の間に介在される層と、
を備える。
【００２９】
好ましくは、セグメント分割された構造的要素は、主に縦軸に沿って延在し、はんだ継手は、前記縦軸に直交する実質的に均一な断面サイズと、前記断面サイズよりきわめて小さい前記縦軸に沿った厚さとを有し、前記磁界発生手段は、前記縦軸に実質的に平行にはんだ継手を貫通する時間的に変動する磁界を発生するように設計される。
【００３０】
本発明は、
・  衛星／宇宙船の展開可能な付加物／装置を保持し解放し（それによって、前述の第１の構造物は、衛星／宇宙船であり、前述の第２の構造物は、前記衛星／宇宙船の展開可能な付加物／装置である）、
・  寿命末期の宇宙システムの破砕を達成し（それによって、前述の第１の構造物および第２の構造物は、それぞれ、衛星もしくは宇宙船または地球の大気圏内への再突入前もしくは再突入時に破砕するように設計されている打ち上げ機などの、同一の宇宙システムの第１のコンポーネント／装置および第２のコンポーネント／装置である）、
・  打ち上げ機から衛星または宇宙船を解放する（それによって、前述の第１の構造物および第２の構造物は、それぞれ、ランチャーおよびランチャーによって運ばれる衛星／宇宙船である）ために有利に活用される。
【００３１】
説明を簡単にするために、それ故に、一般性を失うことなく、以下では、本発明の好ましい実施形態が、衛星／宇宙船の展開可能な付加物／装置を保持し、解放するために使用されるセグメント分割されたタイロッドの形態のセグメント分割された構造的要素を明示的に参照することによって詳しく説明される。
【００３２】
本発明をさらによく理解できるように、その動作原理は、ＡＣ電圧を供給される一次巻線がセグメント分割されたタイロッドと前記セグメント分割されたタイロッドを収納する外部ケーシングとから作られる磁気回路内に磁束を誘起するトランスと比較され得る。
【００３３】
前記磁気回路に適用される一般的な式は、
ＲΦ＝ＮＩ
であり、
Ｒは、磁気回路のリラクタンスを表し、Φは、誘起された磁束を表し、Ｎは、一次巻線の巻き数を表し、Ｉは、一次巻線内の電流を表す。
【００３４】
セグメント分割されたタイロッドは、時間的に変動する磁界に曝されたときに有効的な反磁性を示す導電性はんだ合金で互いにはんだ付けされた２つのセグメントを備えるので、磁束は、ファラデーの電磁誘導の法則に従ってはんだ継手内に渦電流を誘起し、この渦電流は抵抗損、すなわち、ジュール熱を発生し、それにより、はんだ合金の温度をその溶融温度まで高める。
【００３５】
溶融温度に達した後、（都合よくは、機械的予荷重および引き抜きスプリング力も受ける）タイロッドは、２つのセグメントに分離し、それにより解放を達成する。
【００３６】
前に説明されているように、機械要素の分離を達成するためのヒューズ要素の使用は、以前からすでに活用されている。しかしながら、前述の説明から、本発明によるシステムは、現在知られているものと完全に異なることは全く明らかである。
【００３７】
特に、本発明とヒューズ要素の使用に基づく現在のアクチュエータとの（いくつかの）主要な相違点のうちの１つは、本発明によれば、はんだ継手は予荷重および外部引き抜き力を直接伝えるが、他のアクチュエータでは、ヒューズ要素は直接、予荷重も外部引き抜き力も伝えないという事実によるものであることを指摘することには価値がある。
【００３８】
さらに、信頼性の観点から、本発明の正しい動作は、１つの事象（すなわち、はんだ継手の磁気的に誘導された溶融）のみの成功に基づいているが、分割スプールデバイスについては、正しい動作は、少なくとも２つの事象の成功に基づいており、それに加えて、解放されるべき部分は摩擦のある相対運動を受ける。
【００３９】
さらに、本発明の機械的複雑さが他のすべての既存の非爆発式解放の解決手段に比べてかなり低いことを指摘することにも価値がある。
【００４０】
本発明をさらによく理解できるように、図１は、本発明の第１の好ましい実施形態による第１の解放システム（全体として符号１で表される）のデカルト基準平面ｚｘ内の断面を示している。前記第１の解放システム１は、主に軸ｚに平行に延在し、第１のセグメント１０ａおよび第２のセグメント１０ｂを備えるセグメント分割されたタイロッド１０を備え、第１のセグメント１０ａ及び前記第２のセグメント１０ｂは前記第１のセグメント１０ａと前記第２のセグメント１０ｂとの間にはんだ継手１１を形成するはんだ合金を用いて互いにはんだ付けされる。
【００４１】
第１のセグメント１０ａは、衛星もしくは宇宙船などの、外部運搬構造物（図１に示されていない）にしっかりと固定されるか、または１つもしくは複数の予荷重がかけられた引き抜きスプリング（図１に示されていない）に結合されるかのいずれかによって都合よく予荷重をかけられ得る。それに加えて、第２のセグメント１０ｂは、１つまたは複数の予荷重がかけられた引き抜きスプリング（図１に示されていない）に結合されることによって都合よく予荷重をかけられ得る。第１のセグメント１０ａおよび第２のセグメント１０ｂの予荷重の結果、反対の力Ｐが前記第１のセグメント１０ａおよび前記第２のセグメント１０ｂに加えられる。
【００４２】
さらに、第１の解放システム１は、
・  セグメント分割されたタイロッド１０を収納する中空軟磁性ケーシングである、外部ケーシング１２と、
・  いくつかの銅巻線などの、いくつかの金属巻線を備え、コイルキャリア１４（都合よくは誘電体材料から作られる）によって支持され、セグメント分割されたタイロッド１０の中間部分の周りに巻き付けられ、その中間部分ははんだ継手１１を含む、コイルまたはソレノイド１３と、をさらに備える。
【００４３】
前に説明されたように、外部ケーシング１２およびセグメント分割されたタイロッド１０は、トランスの磁気回路として「みなされ」得る。
【００４４】
磁気回路は３つの不連続部分を提示し、
・  第１の不連続部分は、セグメント分割されたタイロッド１０の第１のセグメント１０ａと第２のセグメント１０ｂとの間にあり、すなわちはんだ合金は反磁性であるためコイル１３によって発生した磁束によって磁気不連続部と「みなされる」、はんだ継手１１である（軸ｚに平行なはんだ継手１１の厚さは、磁束が著しい分散なしで通過できるようにきわめて小さい）、
・  他の２つの不連続部分は、外部ケーシング１２と、それぞれ、セグメント分割されたタイロッド１０の第１のセグメント１０ａおよび第２のセグメント１０ｂと、の間に存在する空隙１５である（前記空隙１５は統合フェーズにおけるタイロッド挿入および解放後のタイロッドセグメント引き抜きに必要である）。
【００４５】
上記の不連続部分はすべて、磁気回路のリラクタンス全体への主要な寄与要因である。
【００４６】
コイル１３は、ＡＣ発生器（図１に示されていない）によって、所定の周波数および振幅を有するＡＣ電気信号を供給され、したがって一次磁界を発生する。特に、コイル１３（すなわち、トランスの一次巻線）は、ＡＣ電気信号を供給されるので、時間的に変動する磁界が発生させられ、したがって磁気回路内への磁気誘導を発生する。
【００４７】
この点に関して、図２は、図１と同じ、第１の解放システム１の断面を示しており、それに加えて、コイル１３によって発生する磁束の磁束線を示す。さらに、図３および図４は、軸ｘに平行に（すなわち、デカルト基準平面ｚｘに直交するデカルト基準平面ｘｙ内の）はんだ継手１１の断面を示し、それぞれ、コイル１３によって発生する磁束の磁束線および前記磁束によって誘起される渦電流を示している。
【００４８】
図２〜図４に示されているように、コイル１３によって発生する磁束は、はんだ継手１１の断面に対して法線方向にあり、コイル１３によって発生する一次磁束と反対の対向磁束を発生する平面渦電流を誘起する。
【００４９】
磁気誘導は、はんだ継手１１の厚さとともに実質的に一定であるが、それは、はんだ継手１１の厚さが、断面サイズに関して、および所定の動作周波数におけるスキン深さ貫通に関してきわめて小さいからである。
【００５０】
はんだ継手１１内へコイル１３によって発生した磁束によって誘起される渦電流は、トランスの二次巻線と考えられ得る。
【００５１】
都合よくは、はんだ継手は、高導電性合金（たとえば、銀および／または金合金）から作られるが、それは、抵抗損が材料導電性に比例するからである。
【００５２】
はんだ合金の溶融温度は、十分に低い（特に、都合よくは、２００℃と４００℃との間にある）。したがって、共晶合金または低溶融温度の合金が使用されるのが好ましい。さらに、はんだ合金は、はんだ継手１１が十分なマージンで予荷重を伝えることを保証することもできる。
【００５３】
本発明により好ましく活用できるいくつかのはんだ合金は、以下の表にまとめられており、これはそれぞれの溶融温度および機械的強度、ならびにそれらが共晶であるかどうかも記載する表である。
【００５４】
【表１】
2019509895.tif 000003
【００５５】
要約すると、はんだ継手１１は、
・  機械的強度をもたらし、
・  渦電流を支え、消費電力を発生し、
・  所与の低い温度で溶融する機能を有する。
【００５６】
都合よくは、任意選択の継手構成は、前述のはんだ材料に加えて（好ましくは、純銅から作られる）高導電性薄金属層または箔が使用されるように規定する。この場合、タイロッドは、都合よく、底部から上方へ、
・  タイロッドの下側部分（すなわち、前述の第１のセグメント１０ａ）と、
・  前述のはんだ合金のうちの１つによって形成される第１のはんだ継手と、
・  好ましくは銅から作られる、（たとえば、厚さ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの）金属箔または層と、
・  前述のはんだ合金のうちの１つによって形成される第２のはんだ継手と、
・  タイロッドの上側部分（すなわち、前述の第２のセグメント１０ｂ）と、を含むことができる。
【００５７】
この代替的解決方法により、第１のはんだ継手および第２のはんだ継手の機能と金属箔または層の機能とを次のように区別することが可能である。
・  第１のはんだ継手および第２のはんだ継手は、機械的強度をもたらし、所与の低い温度で溶融し、
・  金属箔または層は、渦電流を支え、第１のはんだ継手および第２のはんだ継手を溶融させるまで加熱するために電力を発生する。
【００５８】
この任意選択の構成により、消費電力を直接制御することが可能であるが、それは、消費電力が金属箔または層の厚さの平方に比例するからである。この点に関して、銅の使用は、銅が高い導電性を有するとともに、高い機械的強度を有するので、特に有利である（たとえば、銀も、銅に比べてわずかに高い導電性を有するので使用されてもよいが、銀は、銅より機械的強度が低く、したがって銅が好ましい）。
【００５９】
好ましくは、セグメント分割されたタイロッド１０および、より好ましくは、外部ケーシング１２も、軟磁性合金から作られ、それにより、磁気回路のリラクタンスを低減し、したがって、はんだ継手内の渦電流および関連する抵抗損を発生する磁束を最大化する。より好ましくは、前記軟磁性合金は、純鉄（ＡＲＭＣＯ（登録商標）純鉄など）を含むか、または（都合よくは１．０％から４．０％のＳｉを含む）ケイ素鉄合金であるか、または（都合よくは、最大５０％までのＣｏを含む）コバルト鉄合金である。
【００６０】
さらに、図５は、はんだ継手１１を形成するはんだ合金が溶融した後の第１の解放システム１の、デカルト基準平面ｚｘ内の断面を、セグメント分割されたタイロッド１０の第１のセグメント１０ａおよび第２のセグメント１０ｂの両方が予荷重がかけられた引き抜きスプリング（図５に示されていない）に結合されている場合を参照しつつ、示している。特に、図５に示されているように、前記第１のセグメント１０ａおよび前記第２のセグメント１０ｂは、はんだ継手１１を形成するはんだ合金の溶融、および予荷重がかけられた引き抜きスプリングによって加えられる引く力の結果として、解放され、次いで、互いから分離される。
【００６１】
図６〜図８は、デカルト基準平面ｚｘ内の断面図であり、衛星の展開可能なアンテナのためのＨＲＭにおける第１の解放システム１の使用例を示す。
【００６２】
特に、図６〜図８に示されている例において、第１の解放システム１は、
・  衛星にしっかりと固定されている第１のインターフェースフランジ２１と、セグメント分割されたタイロッド１０の第１のセグメント１０ａに結合されている予荷重ナット２２と、を含む固定基部アセンブリ２０を用いて衛星（図６〜図８に示されていない）に結合され、
・  展開可能な上側アセンブリ３０であって、
前記展開可能なアンテナにしっかりと固定されている第２のインターフェースフランジ３１を備え、
分離可能な円錐状継手３２を用いて基部構造物２０に解放可能に連結される、上側アセンブリ３０を用いて展開可能なアンテナ（図６〜図８に示されていない）に結合される。
【００６３】
図６〜図８に示されている例に関わる構成は、タイロッド１０と同軸の一次巻線を有する環状磁気回路、および全周にある軸方向対称の外部ケーシング１２に基づいている。
【００６４】
分離可能な円錐状継手３２は、メインシャフトおよび引き抜き部３３に構造的に接続され、引き抜き部３３は、球面継手３４の球体に継ぎ合わされ、セグメント分割されたタイロッド１０の第２のセグメント１０ｂにボルト締めされる。さらに、第１のセグメント１０ａは、予荷重ナット２２を用いて予荷重がかけられる。
【００６５】
球面継手３４の外部ケーシングは、第２のインターフェースフランジ３１内に継ぎ合わされる。
【００６６】
特に図７および図８を参照すると、はんだ継手１１が溶融したときに、メインシャフトおよび引き抜き部３３は、第２のセグメント１０ｂと一緒に、引き抜きスプリング３５によって、メインシャフトおよび引き抜き部３３がさらに押し出されるのを防ぐ保護カップ３６と接触するまで押しやられる。このときに、分離可能な円錐状継手３２は、もはや、予荷重がかけられず、したがって、固定基部アセンブリ２０は固定されたままでありながら、展開可能な上側アセンブリ３０は、自由に展開することができる。
【００６７】
図９〜図１６は、本発明のさらなる好ましい実施形態を示しており、これらの実施形態は、
・  間にはんだ継手１１を形成するはんだ合金を用いて互いにはんだ付けされた第１のセグメント１０ａおよび第２のセグメント１０ｂを備えるセグメント分割されたタイロッド１０の使用を伴い、
・  磁束が前記セグメント分割されたタイロッド１０内に誘導される仕方に関して互いに異なる。
【００６８】
特に、
・  図９は、一次巻線ＰＷ１が軸上にある環状軸方向対称構成を有する、第１の解放システム（図１、図２、および図５〜図８にも示されている）の、デカルト基準平面ｚｘ内の断面を示すこと（前記一次巻線ＰＷ１は図１、図２、および図５〜図８に符号１３として表される）、
・  図１０は、本発明の第２の好ましい実施形態による第２の解放システム（全体として符号２で表される）のデカルト基準面ｚｘ内の断面を示し、前記第２の解放システム２は、一次巻線ＰＷ２が軸上にある平面対称構成を有すること、
・  図１１は、本発明の第３の好ましい実施形態による第３の解放システム（全体として符号３で表される）のデカルト基準面ｚｘ内の断面を示し、前記第３の解放システム３は、一次巻線ＰＷ３が軸上にある平面非対称構成を有すること、
・  図１２は、本発明の第４の好ましい実施形態による第４の解放システム（全体として符号４で表される）のデカルト基準面ｚｘ内の断面を示し、前記第４の解放システム４は、一次巻線ＰＷ４が軸から外れている平面非対称構成を有すること、
・  図１３は、本発明の第５の好ましい実施形態による第５の解放システム（全体として符号５で表される）のデカルト基準面ｚｘ内の断面を示し、前記第５の解放システム５は、一次巻線ＰＷ５が軸から外れているＮ分岐対称構成を有すること、
・  図１４、図１５、および図１６は、特にそれぞれ一次巻線ＰＷ５が軸から外れている２分岐対称構成、一次巻線ＰＷ５が軸から外れている３分岐対称構成、および一次巻線ＰＷ５が軸から外れている４分岐対称構成を参照しつつ、第５の解放システムの３つの使用例を上面図として示していることに留意されたい。
【００６９】
前述の説明から、本発明の技術的利点が直ちにわかる。
【００７０】
特に、本発明による解放システムは、この種のデバイスに必要な予荷重および温度範囲（すなわち、それぞれ、［０Ｎ，１５０ｋＮ］および［−１３０℃，＋１５０℃］）を完全にカバーし得ることを指摘することは重要である。
【００７１】
さらに、本発明による解放システムは、セグメント分割された構造的要素のセグメントの分離が、それが溶融プロセスによって発生するという事実により非常に穏やかであるので、超低衝撃のみを誘発するとともに、予荷重歪みエネルギーのみによる、残留衝撃は、ＨＲＭレベルでの専用設計により容易に管理できる。
【００７２】
それに加えて、本発明による解放システムは、デブリを生じることがなく、そのため、ＥＳＡの宇宙デブリ低減要求条件を満たす。
【００７３】
さらに、本発明は、出願人によって完全に所有されている技術に基づいているため、いかなる輸出管理の制限の問題も解消する。
【００７４】
上記の利点のほかに、本発明による解放システムはパイロテクニックアクチュエータに関する特筆すべきコスト節減を達成することを可能にすることを指摘することも価値がある。この点に関して、図１７は、標準的なパイロカッターのコストと本発明による解放システムのコストとの間の比較を毎年生産される衛星用の展開可能なアンテナの数の関数として示す（各アンテナに４つのＨＲＭを使用することを考慮している）。
【００７５】
要するに、本発明は以下の重要な特徴を提供する。
・  非爆発式である、
・  衝撃がほとんどゼロである、
・  予荷重が非常に高い、
・  動作温度範囲が広い、
・  機械的に単純である、
・  質量が小さい、
・  保管および軌道上寿命が無制限である、
・  低コストである、
・  デブリがない、
・  輸出管理の制限がない、
・  タイロッド交換により、さらには現在のＨＲＭに対しリセット可能である。
【００７６】
最後に、本発明は、ＨＲＭ用途に加えて、
・  宇宙デブリ管理規制の条件を満たすように寿命末期の宇宙システムの破砕を達成し、
・  打ち上げ機によって運ばれる衛星または宇宙船を、打ち上げ時に拘束し、次いで、軌道上で解放する（たとえば、標準的なマルマンクランプの代わりにランチャー上段から）ためにも有利に活用され得るという点を再度強調することが重要である。
【００７７】
結論として、本発明に対して多数の修正および変形を加えることができ、すべて添付の特許請求の範囲において定義されているように本発明の範囲内にあることは明らかである。
【符号の説明】
【００７８】
ＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ３、ＰＷ４、ＰＷ５  磁界発生手段
１  第１の解放システム
２  第２の解放システム
３  第３の解放システム
４  第４の解放システム
５  第５の解放システム
１０  タイロッド
１０ａ  第１のセグメント
１０ｂ  第２のセグメント
１１  はんだ継手
１２  外部ケーシング
１３  コイルまたはソレノイド
１３  磁界発生手段
１４  コイルキャリア
１５  空隙
２０  固定基部アセンブリ
２１  第１のインターフェースフランジ
２２  予荷重ナット
３０  上側アセンブリ
３１  第２のインターフェースフランジ
３２  円錐状継手
３４  球面継手
【図１】
2019509895.tif 000004
【図２】
2019509895.tif 000005
【図３】
2019509895.tif 000006
【図４】
2019509895.tif 000007
【図５】
2019509895.tif 000008
【図６】
2019509895.tif 000009
【図７】
2019509895.tif 000010
【図８】
2019509895.tif 000011
【図９】
2019509895.tif 000012
【図１０】
2019509895.tif 000013
【図１１】
2019509895.tif 000014
【図１２】
2019509895.tif 000015
【図１３】
2019509895.tif 000016
【図１４】
2019509895.tif 000017
【図１５】
2019509895.tif 000018
【図１６】
2019509895.tif 000019
【図１７】
2019509895.tif 000020
【国際調査報告】
2019509895.tif 000021
2019509895.tif 000022
2019509895.tif 000023